wlantest/ccmp.c

   1 /*
   2  * CTR with CBC-MAC Protocol (CCMP)
   3  * Copyright (c) 2010, Jouni Malinen <j@w1.fi>
   4  *
   5  * This software may be distributed under the terms of the BSD license.
   6  * See README for more details.
   7  */
   8
   9 #include "utils/includes.h"
  10
  11 #include "utils/common.h"
  12 #include "common/ieee802_11_defs.h"
  13 #include "crypto/aes.h"
  14 #include "wlantest.h"
  15
  16
  17 static void ccmp_aad_nonce(const struct ieee80211_hdr *hdr, const u8 *data,
  18                            u8 *aad, size_t *aad_len, u8 *nonce)
  19 {
  20         u16 fc, stype, seq;
  21         int qos = 0, addr4 = 0;
  22         u8 *pos;
  23
  24         nonce[0] = 0;
  25
  26         fc = le_to_host16(hdr->frame_control);
  27         stype = WLAN_FC_GET_STYPE(fc);
  28         if ((fc & (WLAN_FC_TODS | WLAN_FC_FROMDS)) ==
  29             (WLAN_FC_TODS | WLAN_FC_FROMDS))
  30                 addr4 = 1;
  31
  32         if (WLAN_FC_GET_TYPE(fc) == WLAN_FC_TYPE_DATA) {
  33                 fc &= ~0x0070; /* Mask subtype bits */
  34                 if (stype & 0x08) {
  35                         const u8 *qc;
  36                         qos = 1;
  37                         fc &= ~WLAN_FC_ORDER;
  38                         qc = (const u8 *) (hdr + 1);
  39                         if (addr4)
  40                                 qc += ETH_ALEN;
  41                         nonce[0] = qc[0] & 0x0f;
  42                 }
  43         } else if (WLAN_FC_GET_TYPE(fc) == WLAN_FC_TYPE_MGMT)
  44                 nonce[0] |= 0x10; /* Management */
  45
  46         fc &= ~(WLAN_FC_RETRY | WLAN_FC_PWRMGT | WLAN_FC_MOREDATA);
  47         fc |= WLAN_FC_ISWEP;
  48         WPA_PUT_LE16(aad, fc);
  49         pos = aad + 2;
  50         os_memcpy(pos, hdr->addr1, 3 * ETH_ALEN);
  51         pos += 3 * ETH_ALEN;
  52         seq = le_to_host16(hdr->seq_ctrl);
  53         seq &= ~0xfff0; /* Mask Seq#; do not modify Frag# */
  54         WPA_PUT_LE16(pos, seq);
  55         pos += 2;
  56
  57         os_memcpy(pos, hdr + 1, addr4 * ETH_ALEN + qos * 2);
  58         pos += addr4 * ETH_ALEN;
  59         if (qos) {
  60                 pos[0] &= ~0x70;
  61                 if (1 /* FIX: either device has SPP A-MSDU Capab = 0 */)
  62                         pos[0] &= ~0x80;
  63                 pos++;
  64                 *pos++ = 0x00;
  65         }
  66
  67         *aad_len = pos - aad;
  68
  69         os_memcpy(nonce + 1, hdr->addr2, ETH_ALEN);
  70         nonce[7] = data[7]; /* PN5 */
  71         nonce[8] = data[6]; /* PN4 */
  72         nonce[9] = data[5]; /* PN3 */
  73         nonce[10] = data[4]; /* PN2 */
  74         nonce[11] = data[1]; /* PN1 */
  75         nonce[12] = data[0]; /* PN0 */
  76 }
  77
  78
  79 static void xor_aes_block(u8 *dst, const u8 *src)
  80 {
  81         u32 *d = (u32 *) dst;
  82         u32 *s = (u32 *) src;
  83         *d++ ^= *s++;
  84         *d++ ^= *s++;
  85         *d++ ^= *s++;
  86         *d++ ^= *s++;
  87 }
  88
  89
  90 u8 * ccmp_decrypt(const u8 *tk, const struct ieee80211_hdr *hdr,
  91                   const u8 *data, size_t data_len, size_t *decrypted_len)
  92 {
  93         u8 aad[2 + 30], nonce[13];
  94         size_t aad_len;
  95         u8 b[AES_BLOCK_SIZE], x[AES_BLOCK_SIZE], a[AES_BLOCK_SIZE];
  96         void *aes;
  97         const u8 *m, *mpos, *mic;
  98         size_t mlen, last;
  99         int i;
 100         u8 *plain, *ppos;
 101         u8 t[8];
 102
 103         if (data_len < 8 + 8)
 104                 return NULL;
 105
 106         plain = os_malloc(data_len + AES_BLOCK_SIZE);
 107         if (plain == NULL)
 108                 return NULL;
 109
 110         aes = aes_encrypt_init(tk, 16);
 111         if (aes == NULL) {
 112                 os_free(plain);
 113                 return NULL;
 114         }
 115
 116         m = data + 8;
 117         mlen = data_len - 8 - 8;
 118         last = mlen % AES_BLOCK_SIZE;
 119
 120         os_memset(aad, 0, sizeof(aad));
 121         ccmp_aad_nonce(hdr, data, &aad[2], &aad_len, nonce);
 122         WPA_PUT_BE16(aad, aad_len);
 123         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP AAD", &aad[2], aad_len);
 124         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP nonce", nonce, 13);
 125
 126         /* CCM: M=8 L=2, Adata=1, M' = (M-2)/2 = 3, L' = L-1 = 1 */
 127
 128         /* A_i = Flags | Nonce N | Counter i */
 129         a[0] = 0x01; /* Flags = L' */
 130         os_memcpy(&a[1], nonce, 13);
 131
 132         /* Decryption */
 133
 134         mic = data + data_len - 8;
 135         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP U", mic, 8);
 136         /* U = T XOR S_0; S_0 = E(K, A_0) */
 137         WPA_PUT_BE16(&a[14], 0);
 138         aes_encrypt(aes, a, x);
 139         for (i = 0; i < 8; i++)
 140                 t[i] = mic[i] ^ x[i];
 141         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP T", t, 8);
 142
 143         /* plaintext = msg XOR (S_1 | S_2 | ... | S_n) */
 144         ppos = plain;
 145         mpos = m;
 146         for (i = 1; i <= mlen / AES_BLOCK_SIZE; i++) {
 147                 WPA_PUT_BE16(&a[14], i);
 148                 /* S_i = E(K, A_i) */
 149                 aes_encrypt(aes, a, ppos);
 150                 xor_aes_block(ppos, mpos);
 151                 ppos += AES_BLOCK_SIZE;
 152                 mpos += AES_BLOCK_SIZE;
 153         }
 154         if (last) {
 155                 WPA_PUT_BE16(&a[14], i);
 156                 aes_encrypt(aes, a, ppos);
 157                 /* XOR zero-padded last block */
 158                 for (i = 0; i < last; i++)
 159                         *ppos++ ^= *mpos++;
 160         }
 161         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP decrypted", plain, mlen);
 162
 163         /* Authentication */
 164         /* B_0: Flags | Nonce N | l(m) */
 165         b[0] = 0x40 /* Adata */ | (3 /* M' */ << 3) | 1 /* L' */;
 166         os_memcpy(&b[1], nonce, 13);
 167         WPA_PUT_BE16(&b[14], mlen);
 168
 169         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP B_0", b, AES_BLOCK_SIZE);
 170         aes_encrypt(aes, b, x); /* X_1 = E(K, B_0) */
 171
 172         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP B_1", aad, AES_BLOCK_SIZE);
 173         xor_aes_block(aad, x);
 174         aes_encrypt(aes, aad, x); /* X_2 = E(K, X_1 XOR B_1) */
 175
 176         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP B_2", &aad[AES_BLOCK_SIZE],
 177                     AES_BLOCK_SIZE);
 178         xor_aes_block(&aad[AES_BLOCK_SIZE], x);
 179         aes_encrypt(aes, &aad[AES_BLOCK_SIZE], x); /* X_3 = E(K, X_2 XOR B_2)
 180                                                     */
 181
 182         ppos = plain;
 183         for (i = 0; i < mlen / AES_BLOCK_SIZE; i++) {
 184                 /* X_i+1 = E(K, X_i XOR B_i) */
 185                 xor_aes_block(x, ppos);
 186                 ppos += AES_BLOCK_SIZE;
 187                 aes_encrypt(aes, x, x);
 188         }
 189         if (last) {
 190                 /* XOR zero-padded last block */
 191                 for (i = 0; i < last; i++)
 192                         x[i] ^= *ppos++;
 193                 aes_encrypt(aes, x, x);
 194         }
 195
 196         aes_encrypt_deinit(aes);
 197
 198         if (os_memcmp(x, t, 8) != 0) {
 199                 u16 seq_ctrl = le_to_host16(hdr->seq_ctrl);
 200                 wpa_printf(MSG_INFO, "Invalid CCMP MIC in frame: A1=" MACSTR
 201                            " A2=" MACSTR " A3=" MACSTR " seq=%u frag=%u",
 202                            MAC2STR(hdr->addr1), MAC2STR(hdr->addr2),
 203                            MAC2STR(hdr->addr3),
 204                            WLAN_GET_SEQ_SEQ(seq_ctrl),
 205                            WLAN_GET_SEQ_FRAG(seq_ctrl));
 206                 wpa_hexdump(MSG_DEBUG, "CCMP decrypted", plain, mlen);
 207                 os_free(plain);
 208                 return NULL;
 209         }
 210
 211         *decrypted_len = mlen;
 212         return plain;
 213 }
 214
 215
 216 void ccmp_get_pn(u8 *pn, const u8 *data)
 217 {
 218         pn[0] = data[7]; /* PN5 */
 219         pn[1] = data[6]; /* PN4 */
 220         pn[2] = data[5]; /* PN3 */
 221         pn[3] = data[4]; /* PN2 */
 222         pn[4] = data[1]; /* PN1 */
 223         pn[5] = data[0]; /* PN0 */
 224 }
 225
 226
 227 u8 * ccmp_encrypt(const u8 *tk, u8 *frame, size_t len, size_t hdrlen, u8 *qos,
 228                   u8 *pn, int keyid, size_t *encrypted_len)
 229 {
 230         u8 aad[2 + 30], nonce[13];
 231         size_t aad_len;
 232         u8 b[AES_BLOCK_SIZE], x[AES_BLOCK_SIZE], a[AES_BLOCK_SIZE];
 233         void *aes;
 234         u8 *crypt, *pos, *ppos, *mpos;
 235         size_t plen, last;
 236         struct ieee80211_hdr *hdr;
 237         int i;
 238
 239         if (len < hdrlen || hdrlen < 24)
 240                 return NULL;
 241         plen = len - hdrlen;
 242         last = plen % AES_BLOCK_SIZE;
 243
 244         crypt = os_malloc(hdrlen + 8 + plen + 8 + AES_BLOCK_SIZE);
 245         if (crypt == NULL)
 246                 return NULL;
 247
 248         os_memcpy(crypt, frame, hdrlen);
 249         hdr = (struct ieee80211_hdr *) crypt;
 250         hdr->frame_control |= host_to_le16(WLAN_FC_ISWEP);
 251         pos = crypt + hdrlen;
 252         *pos++ = pn[5]; /* PN0 */
 253         *pos++ = pn[4]; /* PN1 */
 254         *pos++ = 0x00; /* Rsvd */
 255         *pos++ = 0x20 | (keyid << 6);
 256         *pos++ = pn[3]; /* PN2 */
 257         *pos++ = pn[2]; /* PN3 */
 258         *pos++ = pn[1]; /* PN4 */
 259         *pos++ = pn[0]; /* PN5 */
 260
 261         aes = aes_encrypt_init(tk, 16);
 262         if (aes == NULL) {
 263                 os_free(crypt);
 264                 return NULL;
 265         }
 266
 267         os_memset(aad, 0, sizeof(aad));
 268         ccmp_aad_nonce(hdr, crypt + hdrlen, &aad[2], &aad_len, nonce);
 269         WPA_PUT_BE16(aad, aad_len);
 270         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP AAD", &aad[2], aad_len);
 271         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP nonce", nonce, 13);
 272
 273         /* Authentication */
 274         /* B_0: Flags | Nonce N | l(m) */
 275         b[0] = 0x40 /* Adata */ | (3 /* M' */ << 3) | 1 /* L' */;
 276         os_memcpy(&b[1], nonce, 13);
 277         WPA_PUT_BE16(&b[14], plen);
 278
 279         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP B_0", b, AES_BLOCK_SIZE);
 280         aes_encrypt(aes, b, x); /* X_1 = E(K, B_0) */
 281
 282         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP B_1", aad, AES_BLOCK_SIZE);
 283         xor_aes_block(aad, x);
 284         aes_encrypt(aes, aad, x); /* X_2 = E(K, X_1 XOR B_1) */
 285
 286         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP B_2", &aad[AES_BLOCK_SIZE],
 287                     AES_BLOCK_SIZE);
 288         xor_aes_block(&aad[AES_BLOCK_SIZE], x);
 289         aes_encrypt(aes, &aad[AES_BLOCK_SIZE], x); /* X_3 = E(K, X_2 XOR B_2)
 290                                                     */
 291
 292         ppos = frame + hdrlen;
 293         for (i = 0; i < plen / AES_BLOCK_SIZE; i++) {
 294                 /* X_i+1 = E(K, X_i XOR B_i) */
 295                 xor_aes_block(x, ppos);
 296                 ppos += AES_BLOCK_SIZE;
 297                 aes_encrypt(aes, x, x);
 298         }
 299         if (last) {
 300                 /* XOR zero-padded last block */
 301                 for (i = 0; i < last; i++)
 302                         x[i] ^= *ppos++;
 303                 aes_encrypt(aes, x, x);
 304         }
 305
 306         /* Encryption */
 307
 308         /* CCM: M=8 L=2, Adata=1, M' = (M-2)/2 = 3, L' = L-1 = 1 */
 309
 310         /* A_i = Flags | Nonce N | Counter i */
 311         a[0] = 0x01; /* Flags = L' */
 312         os_memcpy(&a[1], nonce, 13);
 313
 314         ppos = crypt + hdrlen + 8;
 315
 316         /* crypt = msg XOR (S_1 | S_2 | ... | S_n) */
 317         mpos = frame + hdrlen;
 318         for (i = 1; i <= plen / AES_BLOCK_SIZE; i++) {
 319                 WPA_PUT_BE16(&a[14], i);
 320                 /* S_i = E(K, A_i) */
 321                 aes_encrypt(aes, a, ppos);
 322                 xor_aes_block(ppos, mpos);
 323                 ppos += AES_BLOCK_SIZE;
 324                 mpos += AES_BLOCK_SIZE;
 325         }
 326         if (last) {
 327                 WPA_PUT_BE16(&a[14], i);
 328                 aes_encrypt(aes, a, ppos);
 329                 /* XOR zero-padded last block */
 330                 for (i = 0; i < last; i++)
 331                         *ppos++ ^= *mpos++;
 332         }
 333
 334         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP T", x, 8);
 335         /* U = T XOR S_0; S_0 = E(K, A_0) */
 336         WPA_PUT_BE16(&a[14], 0);
 337         aes_encrypt(aes, a, b);
 338         for (i = 0; i < 8; i++)
 339                 ppos[i] = x[i] ^ b[i];
 340         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP U", ppos, 8);
 341
 342         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP encrypted", crypt + hdrlen + 8, plen);
 343
 344         aes_encrypt_deinit(aes);
 345
 346         *encrypted_len = hdrlen + 8 + plen + 8;
 347
 348         return crypt;
 349 }